基于自適應雙向路徑重建的HR-WPAN Mesh網絡高效路由修復方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于WPAN Mesh (Wireless Personal Area Networks Mesh，無線個域網狀網)網絡技術領域，特別涉及HR (High Rate，高速率)-WPAN Mesh網絡路由方案的路由修復方法和過程。
【背景技術】
[0002]WPAN Mesh網絡是一種由攜帶短距離無線通信裝置的電子通信設備采用自組織方式形成分布式多跳網狀無線網絡。WPAN Mesh網絡能夠在不增加節(jié)點發(fā)射功率和提高接收靈敏度的情況下擴展網絡的覆蓋范圍，而且能夠通過路由冗余增加數(shù)據傳輸?shù)目煽啃?；WPAN Mesh網絡配置較為簡便，有助于節(jié)省節(jié)點的能量從而延長網絡壽命。根據數(shù)據傳輸速率的不同，WPAN Mesh網絡大致可分為HR-WPAN Mesh網絡和LR (Low Rate，低速率)-WPANMesh網絡。
[0003]為保障HR-WPAN Mesh網絡的運行，IEEE 802.15.5標準(參見文獻:IEEE Std802.15.5?-2009:Part 15.5:Mesh Topology Capability in Wireless Personal AreaNetworks (WPANs) [J], IEEE Standard, IEEE Press, New York, 2009.)為HR-WPAN Mesh 網絡定義了一種基于拓撲服務器(Topology Server, TS,提供與網絡拓撲有關的服務的設備)的路由方案。在該方案中，所有節(jié)點都是MPNC (Mesh-capable Piconet Coordinator，具有Mesh組網功能的微微網協(xié)調器)，通常靜止不動，具有數(shù)據和控制消息轉發(fā)能力，可作為拓撲服務器使用。在HR-WPAN Mesh網絡中，被選為拓撲服務器的節(jié)點保存有它的子節(jié)點(組網時關聯(lián)到拓撲服務網的節(jié)點)的鏈路狀態(tài)信息，可以通過鏈路狀態(tài)信息和最短路徑求解算法計算出自己的子節(jié)點之間的最優(yōu)路徑；而非拓撲服務器節(jié)點只轉發(fā)收到的消息。
[0004]為了使網絡中的數(shù)據傳輸在路由出現(xiàn)故障的情況下繼續(xù)進行，基于拓撲服務器的路由方案設計了一種路由修復方法，該方法的操作步驟具體如下:
[0005]步驟1:當一個節(jié)點發(fā)現(xiàn)存在失效鏈路時，它便向拓撲服務器(TS)發(fā)送一個RouteError消息進行報告，以便拓撲服務器更新路由。
[0006]步驟2:拓撲服務器收到Route Error消息后重新計算受失效鏈路影響的所有源一目的節(jié)點對間的最優(yōu)路徑；接著，倉Il建一個Route Notificat1n消息，該分組包含源一目的節(jié)點對間更新后的每個中繼節(jié)點；然后，拓撲服務器沿著樹結構向受到影響的目的節(jié)點(Dest)分別逐個發(fā)送Route Notificat1n消息。
[0007]步驟3:目的節(jié)點如果收到Route Notificat1n消息，則創(chuàng)建一個RouteFormat1n消息，將Route Notificat1n消息中的中繼列表復制到Route Format1n消息中，將它本身和源節(jié)點(Src)的標志號(ID)分別寫入該分組的路由源節(jié)點TREEID字段和路由目的節(jié)點TREEID字段；然后，目的節(jié)點使用Route Notificat1n消息中包含的中繼節(jié)點信息將Route Format1n消息發(fā)送至源節(jié)點。
[0008]步驟4:中繼節(jié)點如果收到Route Format1n消息，則根據Route Format1n消息中的中繼列表更新對應的路由表項。如果中繼節(jié)點的路由表中不存在指向目的節(jié)點的表現(xiàn)，貝1J倉Il建一個新的路由表項。然后，中繼節(jié)點根據中繼列表，轉發(fā)Route Format1n消息至下一跳中繼節(jié)點。
[0009]步驟5:源節(jié)點接收到Route Format1n消息后，根據該分組的中繼節(jié)點列表為目的節(jié)點更新路由表項(如果沒有該路由表項則創(chuàng)建它)。源節(jié)點更新(或創(chuàng)建)路由表項后，就可以沿著更新后的路徑傳輸數(shù)據。
[0010]上述基于拓撲服務器的路由修復方法比較適合在IEEE802.15.5標準定義的基于拓撲服務器的路由方案中使用，原理簡捷，操作方便，但在多個方面仍存在待提升之處。雷宏江等(參見文獻:雷宏江，鄧科，鄭淵，任智.WPAN Mesh網絡自適應快速路由修復算法[J].重慶郵電大學學報(自然科學版)，2014.4，26 (2):214-218.)提出一種改進的基于拓撲服務器的路由修復方法，該方法的主要思路是:在使用基于拓撲服務器的路由方案的WPAN Mesh網絡中，當一個節(jié)點發(fā)現(xiàn)與它相連的鏈路失效時，它判斷并找到源節(jié)點和鄰居節(jié)點集中與拓撲服務器距離最近(可用跳數(shù)、開銷等指標來衡量)的節(jié)點，然后將RouteError控制消息發(fā)送給該節(jié)點，由該節(jié)點負責將Route Error控制消息轉發(fā)給拓撲服務器；后續(xù)操作與IEEE802.15.5標準中基于拓撲服務器的路由方案定義的路由修復方法相同。這樣，在將Route Error控制消息向拓撲服務器和源節(jié)點發(fā)送的過程中，該修復方法有可能減少部分控制開銷；但對于路由重建發(fā)起節(jié)點等環(huán)節(jié)引起的冗余控制開銷和耗時，該方法未作處理。
[0011]目前，除了 IEEE802.15.5標準在基于拓撲服務器的路由方案中定義的WPAN Mesh網絡路由修復方法之外，已有一些關于無線Mesh網絡路由修復的研宄在開展。
[0012]Chiu 等(參見文獻:J.Chiu, C.-Y.Zheng, Y.-C.Huang, et al.Design andimplementat1n of sequential repair and backup routing protocol for wirelessmesh network[C].2014Internat1nal Conference on Computing, Networking and Communicat1ns (ICNC)，2014:1066-1070.)在無線 Mesh 網絡路由協(xié)議 AODV-SRBR (Ad-hocOn-demand Distance Vector Routing-Sequential Repair and Backup RoutingProtocol)中設計了一種路由修復方法，主要思路為:當一個節(jié)點發(fā)現(xiàn)通往目的節(jié)點的鏈路斷裂時，它首先在I跳范圍內廣播一個RERR分組給鄰居節(jié)點以便讓它們刪除與斷裂鏈路相關的路由信息；然后，該節(jié)點在路由表中尋找通往目的節(jié)點的替代路由，如果找到則立即使用該路由繼續(xù)傳輸數(shù)據；如果沒找到，則啟動一個與AODV協(xié)議的本地修復機制類似的操作，由該節(jié)點廣播一個尋找目的節(jié)點的RREQ分組，目的節(jié)點收到該RREQ分組后回復一個RREP分組，從而完成路由修復。A0DV-SRBR協(xié)議的路由修復方法能夠利用替代路由，有助于快速修復受損路由，但I跳廣播RERR分組的操作會增加額外的控制開銷。
[0013]在Pei等為認知無線Mesh網絡設計的路由協(xié)議一CIH-A0DV (CognitiveImproved Hierarchical Ad-hoc 0n-demand Distance Vector)(參見 文獻:T.Pei,Z.Zhao,ff.Zeng, et al.A cognitive improved hierarchical AODV routingprotocol for cognitive wireless mesh network[J].Informat1n TechnologyJournal，F(xiàn)eb.2011，10(2):376-384.)中介紹了一種路由修復方法，在該方法中，當一條鏈路斷裂時，斷裂鏈路的上游節(jié)點(與失效鏈路相連且靠近源節(jié)點一側)先尋找最新的可用替代路由，找到則使用該替代路由；如果沒找到，則啟動本地路由修復進程，在一個簇(CIH-AODV協(xié)議將網絡分為多個簇)的范圍內進行路由修復；如果修復成功則使用修復后的路由，如果沒成功，則按照AODV協(xié)議的做法進行后續(xù)修復工作。在路由修復過程中沒有成功傳遞的數(shù)據會被緩存。CIH-AODV協(xié)議在路由修復過程中要使用網絡分簇的條件，這對路由修復方法的應用范圍會造成一定影響。
[0014]Mir 等(參見文獻:S.Mir, A.A.Pirzada, M.Portmann.H0VER:Hybrid On-demandDistance Vector Routing for Wireless Mesh Networks[C].Thirty-First AustralasianComputer Science Conference (ACSC 2008)，Jan.2008:63-71.)在為多接口(MultipleRad1)無線 Mesh 網絡提出的路由協(xié)議 HOVER (Hybrid On-demand Distance Ve